X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

ВАЛЬЦЕВАНИЕ И КАЛАНДРОВАНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Сигитова Г.П., Чижова Л.А.

Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых

Владимир, Россия

ROLLING AND CALENDARING POLYMERIC MATERIALS

Sigitova G.P., Chizhova LA

Vladimir State University named after Alexander G. and Nicholas G. Stoletovs

Vladimir, Russia

Содержание

	3
	5
	9
	15
	21
	24
	24
	25
	25

ВВЕДЕНИЕ

Технология переработки полимеров – область науки и техники, изучающая процессы, предназначенные для получения изделий из пластмасс или улучшение свойств полимеров. Производственные приемы получения изделий создавались и далее совершенствовались параллельно с появлением новых полимеров. Минимальный комплекс методов переработки полимеров и соответствующего оборудования возник в XIX веке в связи с открытием вулканизации каучука и созданием промышленных способов ацетилирования и нитрования целлюлозы.

Почти столетие потребовалось для того, чтобы увеличение числа методов переработки, их кардинальное совершенствование и математическое моделирование привело к созданию технологии переработки полимеров, в которой ведущую роль играет технология переработки пластмасс. Решающим условием появления новой науки стал промышленный синтез большого числа новых полимеров, осуществленный в послевоенные годы. Еще в начале 60-х годов термин «технология переработки пластмасс» не считался общепринятым, а систематическое научное обоснование направления началось только после завершения целого ряда фундаментальных исследований по физике и механике полимеров.

Современная промышленность переработки пластмасс располагает широким набором методов переработки и парком оборудования, насчитывающим более 3500 типов машин и аппаратов. Индивидуальные полимеры заменяются полимерными композитами и смесями полимеров. Все это в совокупности дает возможность получать материалы с широким разнообразием свойств, обеспечивающих их применение для изготовления изделий в диапазоне от предметов ширпотреба до наиболее ответственных деталей военной и космической техники [1].

К технологии переработки пластмасс относятся такие операции как, создание материала на основе исходной пластмассы путем химических превращений, введения второго полимера, наполнителя, пластификаторов и т.п., а также путем термомеханической обработки; формование полученного материала и изготовление из него изделий (деталей), конструкция которых научно обоснована и учитывает конкретные условия эксплуатации.

К области переработки пластмасс относятся также операции по подготовке материала к переработке и последующая обработка готовых изделий, а также технико-экономическое обоснование эффективности производства и применение при самом широком учете возможной конкуренции других материалов и изделий в данном конкретном регионе.

Вальцевание и каландрование – один из основных высокопро­изводительных методов переработки полимеров.

Валковые машины применяются для смешения, пластикации и дробления материалов, для изготовления полос и пленок из пластмасс и резины и т.п.

Важное значение имеют технологические каландровые линии для изготовления линолеума, кумароновых плиток, пленок и других изделий.

Целью работы является рассмотрение современных пред­ставлений о механизме вальцевания и каландрования полимеров, об особенностях этих процессов, тех­нологической последовательности операций, технологии получения высококачественных листов и пленок на основе ПВХ.

1. Виды перерабатываемых материалов

Поливинилхлорид (ПВХ) представляет собой продукт полимеризации винилхлорида. Он занимает одно из ведущих мест в мире изделий среди полимерного сырья для производства огромного количества различных материалов. Область использования ПВХ постоянно расширяется. Товарным, т.е. производимым в больших количествах химическим сырьем, ПВХ стал, начиная с середины 30-х годов ХХ столетия.

В ПВХ удачно сочетаются такие ценные свойства, как химическая стойкость в различных средах, высокие электрические характеристики, негорючесть, накрашиваемость, термопластичность и др[2].

Этот полимер может подвергаться химической и физической модификации, но особенно эффективна и разнообразна физическая модификация. Одним из направлений изменений свойств ПВХ является способ переработки этого материала в виде пленки в определенном механическом силовом и температурном поле, а также модификацию ПВХ ненасыщенными олигомерами.

При составлении ком­позиций используют поливинилхлорид латексный или суспензион­ный, стабилизаторы для защиты полимера от термического разложения во время переработки и от деструкции во время эк­сплуатации, пластификаторы для улучшения его технологических свойств, мягчители для частичной замены некоторых пластификато­ров, а также наполнители для удешевления материала и придания ему специфических свойств (особенно характерно для линолеума), красители, смазывающие вещества.

Смеси составляют в соответствии с техническими требованиями, предъявляемыми к готовым листам и пленкам. Ниже приведены основные свойства и наиболее характерные рецептуры материалов на основе ПВХ.

Для производства винипластовой каландрованной пленки ис­пользуют композицию следующей рецептуры (в вес. ч.):

ПВХ.............................................100

Меламин.......................................2

Транформаторное масло................2

Стеарин............................................1

Пленку выпускают толщиной от 0,4 до 0,9 мм, шириной от 400 до 500 мм, длиной от 1 до 20 м, окрашенной от светло - до красновато- коричневого цвета. Пленка обладает высокой стойкостью к действию кислот и щелочей. Предназначается для производства листового винипласта (ГОСТ 9639-61), пленок перфорированных и гофрированных, планшетов, сепараторов, щитков, а также для изготовления изделий различного технического назначения[3].

Винипластовую полиграфическую пленку изготавливают из той же композиции, что и винипластовую каландрованную, но добавляют еще 3-5 вес.ч. пластификатора. Композиция представляет собой термопластичный материал от светло- до темно- коричневого цвета.

Готовая пленка должна иметь гладкую поверхность без наплывов и отверстий и ровно обрезанные края. Размеры: длина не менее 1,4 м, ширина 640 мм, толщина 0,5-0,8 мм.

Рецептура предназначается для производства пластиката листового прокладочного. В рецептуру на 100 вес.ч. смолы ПВХ входит 40 вес.ч. пластификатора, мягчитель, стабилизатор и другие добавки.

Пластикат выпускается в рулонах. Применяется для изготовления прокладок, работающих в агрессивных средах. Толщина пленки 1-2 мм.

Композицию подобной рецептуры с добавлением мягчителей , красителей и некоторых специальных ингредиентов рекомендуют для производства листового и пленочного пластиката для газовой аппаратуры. Пластикат выпускается толщиной 0,6мм, шириной не менее 600 мм, длиной – не менее 1м. Он также применяется для изготовления прокладок, диафрагм, мембран и других деталей газовой арматуры.

Рецептуру композиции, из которой получают упаковочную пленку В-118, содержит на 100 вес.ч. ПВХ около 50вес.ч пластификатора, 3 вес.ч. мягчителей и 1,5-2 вес.ч. стабилизатора. Из пленки изготавливают чехлы для консервации станков, двигателей и другого оборудования. Толщина пленки 0,19- 0,27 мм [4].

Композицию, содержащую на 100 вес.ч. ПВХ 40-45 вес.ч. пласти-фикатора и 1,5 вес.ч. стабилизатора, используют для получения медицинской пленки. В качестве стабилизатора применяют стеарат кальция.

Пленку выпускают прозрачной, неокрашенной, толщиной 0,3- 0,4 мм. Компрессную медицинскую клеенку изготавливают также окрашенной в белый, светло-розовый и голубой цвет. Механические свойства пленки: разрушающее напряжение при растяжении 80 кгс/см² , относительное удлинение при разрыве – не менее 60%.

Для производства светотехнической пленки рекомендуют следующую композицию (в вес.ч.):

ПВХ.............................................100

Дибутилфталат............................32,7

Силикат цинка.................................16

Стеарат кальция...............................1

Лимонный колер.............................0,07

Титановые белила.............................6

Светотехническую пленку выпускают толщиной 0,6 мм. Для изготовления различных товаров народного потребления применяют галантерейную пленку. Галантерейную пленку выпускают толщиной 0,2 – 0,7 мм, шириной 550-1000 мм.

Также из ПВХ выпускаются рулонные покрытия для полов: линолеум безосновной, линолеум на тканевой основе, теплозвукоизоляционный и др.

В промышленном производстве применяют линолеумные смеси, содержащие 30 -50 % ПВХ, 20 -40 % пластификатора и 20 – 50 % наполнителя с небольшими добавками стабилизатора и пигментов. Например, используют композицию следующего состава (в кг):

ПВХ-С70.......................................120

ПВХ-С63М....................................60

Пластификатор (дибутилфталат) ...92

Асбест.............................................60

Липотон...........................................40

Кроме того, в композицию добавляют небольшие количества стабилизаторов, смазывающих веществ и красителей.

Состав композиций существенно зависит от марки ПВХ. Со­ставляют композицию в соответствии с техническими требованиями на готовую продукцию[5].

Резиновые смеси состоят из каучуков и ингредиентов для придания резиновым изделиям соответствующих свойств. В качестве основного компонента применяют натуральный и синтетический каучуки. Наиболее часто используют изопреновый каучук СКИ-3, аналогичный натуральному, бутадиеновые – СКБ, СКД, бутадиен-стирольные СКС-10, СК-30, бутадиен-метилстирольные – СКМС-30АРК и др.

В резиновые смеси вводят вулканизующие агенты с целью образования пространственной сетчатой структуры вулканизатов после формования сырой смеси, ускорители вулканизации, активаторы для усиления активности ускорителей и повышения физико-механических свойств вулканизатов, противостарители для защиты каучуков и резин от старения, наполнители для регулирования физико-механических свойств резин, красители для окраски резиновых смесей, мягчители для облегчения изготовления и обработки смесей, а также ингредиенты специального назначения.

Резиновые смеси изготавливают по рецептурам, в которых указывают названия ингредиентов и их количества. Рецептуры резиновых смесей опробуют в лабораторных и промышленных условиях на всех основных стадиях производства с проверкой качества резин при эксплуатации пробной партии изделий. В промышленности применяют наполненные смеси темные, светлые и цветные. Рецептуры записывают в определенной последовательности: каучуки, вулканизующие агенты, ускорители, активаторы, противостарители, наполнители и мягчители. Количество отдельных компонентов указывают либо в весовых частях, либо в весовых процентах[6].

Рассмотрев виды перерабатываемых материалов, можно сделать вывод, что среди большого количества полимерных материалов ПВХ и композиции на его основе являются самыми распространенными.

2.Вальцевание и каландрование как производственный процесс

Для производства листов и пленок из термопластичных полимерных материалов применяются вальцы и каландры. В основном используются композиции на основе поливинилхлорида (ПВХ) и сополимеров винилхлорида, что связано с особенностями их пере­работки. Наиболее эффективно применение метода каландрования ПВХ для непрерывного производства листов и пленок в диапазоне толщин 0,1–2 мм. Более тонкие пленки трудно отбирать с поверх­ности последнего охлаждающего валка. При изготовлении более толстых листов возможно появление воздушных пузырей вслед­ствие недостаточного давления, развиваемого в зазоре между вал­ками [7].

Рассмотрим схему производственных процессов получения ли­стов и пленок из полимерных материалов на основе ПВХ (схема 1).

Схема 1. Производство листов и пленок на основе ПВХ

Исходные материалы – ПВХ и ингредиенты – предварительно взвешивают и транспортируют в смеситель легкого типа (лопаст­ной мешатель) или смеситель тяжелого типа.

В производстве листов и пленок из пластифицированного ПВХ смесь перемешивают в смесителе и передают на вальцы. Пласти­фицированную горячую массу далее срезают в виде лент, которые сворачивают в рулон и закладывают в загрузочный (начальный) зазор каландра (вариант а).

В последние годы применяют вариант подачи материала после предварительного смешения в пластицирующий червячный пресс с последующим питанием каландра (вариант б)

В других вариантах используют двухчервячный смеситель не­прерывного действия, в который ингредиенты загружают непосред­ственно после взвешивания. Полученную смесь перерабатывают до­полнительно на вальцах, срезают в виде лент, подают в червячный пресс для фильтрования и далее направляют в каландр (ва­риант в)[8].

Вариант а – можно применять также и при переработке жестких материалов на основе непластифицированного ПВХ. Однако в со­временных производственных схемах после предварительного сме­шения осуществляют гранулирование. Таким образом, в каландр подают гранулы с помощью транспортера (см. схему 1, г). По ана­логичному варианту выпускают двухслойные изделия с верхним полимерным слоем (например, клеенку), при этом используется кашировальная машина (вариант д).

Получение покрытий для полов — линолеума — осуществляется по варианту с использованием пластосмесителя закрытого типа (вариант е). Это связано с большим содержанием наполнителя в рецептуре и повышенным расходом энергии при смешении. Горячая масса далее поступает на вальцы, дополнительно перемешивается и пластицируется. Затем массу срезают в виде лент и качающимся транспортером равномерно заполняют начальный зазор ка­ландра.

После переработки смесей в начальном, промежуточных и калибрующем зазорах каландра материал охлаждается и либо на­матывается в рулоны (пленки из пластифицированного ПВХ и линолеумные листы), либо разрезается на полосы с последующим прессованием (жесткие материалы на основе непластифицирован­ного ПВХ)[9].

В производстве резин процессы вальцевания и каландрования применяют как для получения листов различных калибров, так и для промазки технических тканей резиновыми смесями, односто­ронней и двухсторонней обкладки армирующих основ (корда, бязи, чефера и т. д.).

Каучуки и соответствующие ингредиенты в соответствии с ре­цептурой взвешивают и подают в смеситель закрытого типа.

При одностадийном смешении, применяемом наиболее широко, горячая масса из резиносмесителя поступает на первые листовальные вальцы, охлаждается до 80—90 °С, затем ее подрезают и пере­дают на вторые вальцы, где осуществляется введение серы. Далее горячая резиновая смесь либо поступает непосредственно в каландр для переработки, либо выдерживается некоторое время. После вы­держки материал вновь подают на подогревательные вальцы, где он пластицируется. В дальнейшем материал перерабатывают на каландрах и червячных прессах[10].

При двухстадийном смешении в первом скоростном смесителе изготавливают «маточную» смесь, т. е. смесь без серы. Серу вводят на втором смесителе. В этом случае горячая смесь из второго сме­сителя поступает в гранулятор, осуществляющий последующее пи­тание каландра.

После каландрования резиновое полотно охлаждается и в за­висимости от технологии производства либо закатывается и посту­пает на вулканизацию (изготовление транспортерных лент и т. п.), либо передается на дальнейшую обработку для формования рези­новых изделий с последующей их вулканизацией.

Таким образом, вальцевание является подготовительной опера­цией, назначение которой состоит в дополнительном смешении по­лимера с ингредиентами и доведении перерабатываемого мате­риала до пластицированного, равномерно нагретого состояния. Эта опе­рация осуществляется на вальцах, которые представляют собой два по­лых цилиндрических горизонтально расположенных валка, наружная по­верхность которых гладкая или рифле­ная. При работе вальцов валки вра­щаются навстречу друг другу с раз­ными скоростями, захватывая пере­рабатываемую массу и увлекая ее в клиновой зазор (рис. 1). Величина за­зора регулируется перемещением од­ного из валков.

Рис. 1. Схема процесса валь­цевания:

1, 3 —валки; 2 — перерабатываемый

материал.

После выхода из зазора материал либо выпадает на поддон, либо облегает рабочий валок. В последнем случае осуществляется переход к стационарному процессу вальцевания. В условиях промышленной переработки важно умение пред­сказывать, на какой валок переходит материал. Это необходимо для установки срезающих ножей на вальцы непрерывного дей­ствия. Обычно материал после выхода из зазора имеет тенденцию переходить на медленно вращающийся валок. Поэтому скорость рабочего валка всегда ниже холостого. Кроме того, большое влия­ние на переход материала оказывает температура, поверхности валка: чем выше температура, тем сильнее материал прилипает к валку, т. е. выше адгезия между полимером и поверхностью валка[11].

При вальцевании композиций на основе ПВХ материал загру­жают на вальцы в порошкообразном или гранулированном виде. Для этих материалов не наблюдается максимальных значений энергетических параметров. Однако при частичном добавлении от­ходов производства (жестких пластмасс и композиций на основе пластифицированного ПВХ) в расплав происходят такие же яв­ления, как и при вальцевании резиновых смесей.

В начальный момент работы вальцов, когда в зазоре деформируется очень упругий материал с неразру­шенной структурой, с увеличением зазора усилия и мощность резко возрастают. В стационарном режиме влияние величины зазора обратное. Поэ­тому вальцевание резиновых сме­сей необходимо начинать с очень малым зазором и после пластика­ции и подогрева материала увели­чивать его[12].

Анализ процесса вальцевания позволяет сделать следующие выводы:

1) большая часть материала находится в зоне малых скоростей сдвига, вследствие чего основной перерабатывающий эффект достигается вблизи минимального зазора;

2) для большей части материала поверхность раздела элементов смеси увеличивается очень медленно;

3) существование замкнутых траекторий движения слоев запаса и отсутствие осевого перемещения материала снижает смесительный эффект валков, фрикция незначительно улучшает его, что приводит к необходимости осуществлять подрезку материала.

В процессе вальцевания возникают силы, стремящиеся раздви­нуть валки. Эти силы называют распорными. Их необходимо учи­тывать, так как при чрезмерно больших величинах усилий выхо­дит из строя предохранительное устройство (срезаются предохра­нительные шайбы), а в случае его неисправности ломаются доро­гостоящие валки или станина[13].

Предварительно подогретый полимерный материал каландруется, т. е. перерабатывается, последовательно в одном, двух или нескольких зазорах между валками, переходя с одного вал­ка на другой. При этом получают пленки, листы и профильные за­готовки различной формы, шири­ны и толщины. Таким образом, каландрование – это отделочная операция, назначение которой со­стоит в формовании листа или пленки заданной ширины и толщины.

Рис. 2. Схемы расположения валков каландра.

В резинотехнической промышленности резиновое полотно подвергается дальнейшей обработке, однако и в этом случае каче­ство каландрованиого листа определяет качество полученных изде­лий. Эта операция осуществляется на каландрах — многовалковых машинах с различными схемами расположения валков (рис. 2).

В производстве синтетических строительных материалов (линолеумов), а также в резиновой промышленности на каландрах осу­ществляются операции нанесения расплава полимера на армирующие основы: промазка, одно- и двухсторонняя обкладка (рис. 3). В последнем случае операция выполняется на четырехвалковых ка­ландрах[13].

Рис. 3. Схема нанесения слоя полимера на армирующую основу;

а – промазка тканей; б – односторонняя обкладка; в – двухсторонняя обкладка.

Выводы: таким образом, процесс каландрования в каждом зазоре аналогичен валь­цеванию при стационарном про­цессе с той лишь разницей, что лента материала после выхода переходит на следующий валок. Особенностью каландрования является постепенное уменьшение зазоров по ходу перемещения материала, что приводит к различ­ным величинам запаса материала в начальном, промежуточных и калибрующем зазорах и некоторому уширению материала. При каландровании величина запаса значительно меньше, чем при валь­цевании.

3.Технологические режимы вальцевания и каландрования

Как было показано ранее, вальцеванию и каландрованию пред­шествуют технологические операции подготовки полимерных ком­позиций: подготовка сырья, взвешивание и дозирование, предва­рительное смешение.

При переработке жестких материалов на основе непластифицированного ПВХ предварительно подготовленную композицию подвергают вальцеванию. Продолжительность предварительного вальцевания зависит от величины загрузки вальцов и типа ПВХ. Для латексного ПВХ она составляет 3—6 мин при получении пле­нок толщиной до 0,5 мм и 5—10 мин при получении пленок и листов толщиной выше 0,5 мм. Для суспензионного ПВХ это время соответственно составляет 6—10 мин и 8—15 мин. Время оконча­тельного вальцевания составляет 3—6 мин при толщине пленки до 0,5 мм и 5—12 мин при толщине пленки и листа выше 0,5 мм.

Величина зазора при предварительном вальцевании составляет 0,8—1 мм, при окончательном 1,2—1,5 мм[13].

Вальцевание проводят при температуре поверхности валков 160=5°С для латексного ПВХ, 170=5°С — для суспензионного. Температура поверхности заднего валка на 3—5°С ниже темпе­ратуры переднего. Температура измеряется как в центре, так и по краям валка, что связано с перепадом температур по длине валка.

Косвенно за тепловым режимом валков следят по величине давления перегретой воды или пара, которое непрерывно реги­стрируется манометром-самописцем. Отходы, получаемые при изготовлении пленки и изделий из нее, поступают вновь на вальцевание.

Температуру поверхности валков измеряет каландровожатый не менее двух раз в смену лучковой термопарой с точностью ±5°С. Косвенное измерение температуры по величине давления перегретой воды (10—12 кгс/см2) осуществляют непрерывно по ма­нометру.

Толщину пленки (в диапазоне 0,35—1 мм) измеряют не менее одного раза на 10 пог. м. пленки. Скорость каландрования винипластовой пленки 5—10 м/мин.

При переработке композиций на основе пластифицированного ПВХ в подготовительном цехе ПВХ просеивают через шелковую сетку с числом отверстий 1225 на 1 см² (в случае производства медицинской пленки, пленки В-118, пластикатов рецептур 38, 57-40, пластиката прокладочного для газовой аппаратуры) и 225 на 1 см² (для других композиций). Пластификатор фильтруют через шелко­вую сетку с числом отверстий не менее 1225 на 1 см². Ингредиенты смешивают в двухлопастном смесителе легкого типа[14]. Подготовленная смесь направляется на вальцы, валки кото­рых обогреваются паром при давлении 5—8 кгс/см². Основные тех­нологические режимы вальцевания приведены в табл. 1.

Таблица 1

Технологические режим вальцевания композиций на основе

пластифицированного ПВХ при получении различных пленок

Пленка	Марка ПВХ** в композиции	Температура поверхности валков, °С	Продолжи-тельность вальцевания, мин	Загрузка, кг
Пластикат листовой про кладочный рецептура 38	ПВХ- С66 ПВХ- С63М	140 145	5-8 5-8	14-18 14-18
Пластикат листовой для газовой аппаратуры	ПВХ-С70 ПВХ –С 61	135 130	5-8 8-10	14-18 14-18
Медицинская	ПВХ –С 74	145	6-8	8-10
Светотехническая	ПВХ –С 70	165	5-8	12-14
Галантерейная	ПВХ –С 70	170	5-8	12-14
Плащевая	ПВХ –С 70	165	5-8	12-14

Продолжение таблицы 1

Пленка	Марка ПВХ** в композиции	Температура поверхности валков, °С	Продолжи-тельность вальцевания, мин	Загрузка, кг
Пластикат рецептуры 57-40 рулонный	ПВХ –С 58	140	8-10	14-18
В-118	ПВХ –С 70Т ПВХ –С66 ПВХ –С 63М	150 145 140	5-8 5-8 5-8	14-18 14-18 14-18

^* Технологические режимы соответствуют переработке композиций на вальцах ВП-660х 1500

^** Суспензионный ПВХ (ГОСТ 14332-69)

В процессе вальцевания композиции пропускают несколько раз через зазор до образования сплошного полотна. С целью улучше­ния желатинизации во время вальцевания полотно периодически подрезают ножом и возвращают в зазор. Величина зазора 1—2 мм. Конец вальцевания определяют по внешнему виду полотна, в ко­тором не должно быть включений непровальцованной массы[14].

Вальцевание проводят на двух, трех или четырех вальцах, в зависимости от потребности в вальцованной массе, для того чтобы обеспечить непрерывную работу каландра.

Каландрование чаще всего осуществляют на четырехвалковых каландрах с Г-, L- или S-образной схемой расположения вал­ков. Рулоны провальцованной ленты транспортером подаются в начальный зазор между валками. Дальнейший ход процесса ана­логичен процессу каландрования винипластовой пленки. Скорость каландрования устанавливают, в зависимости от ре­цептуры перерабатываемой композиции, толщины пленки и дру­гих факторов, в диапазоне от 15 до 100 м/мин и более.

Толщину пленки измеряет каландровожатый не менее одного раза на 10 пог. м пленки, а ширину не менее двух раз в смену после наладки.

Фрикцию пары валков устанавливают таким образом, чтобы обеспечить обязательный переход ленты .материала с валка на ва­лок. Величина фрикции небольшая (f =1,1 —1,3, а в некоторых случаях f == 1), и переход материала с валка на валок обеспе­чивается дополнительно регулированием температуры.

При переработке линолеумных масс после подготовки и взвешивания исходных компонентов их смешение проводят в смесителях СМБ-800 (лопастной смеситель легкого типа для пере­мешивания ПВХ с пластификаторами и некоторыми ингредиента ми) и ДСП-140 (двухстадийный смеситель пластмасс тяжелого типа с рабочим объемом камеры 140 л, для окончательного смешения всех ингредиентов). Горячая смесь поступает на вальцы, темпера­туру валков которых контролируют лучковой термопарой для ка­ждого замеса. При этом обращают внимание на контроль равно­мерности загрузки. Четыре-пять раз в смену контролируют тол­щину и ширину снимаемой ленты[15].

Вальцевание обычно осуществляют на двух вальцах ВП-660 X X 2130, которые устанавливают в линии между смесителем ДСП-140 и каландром.

На первых вальцах температурный режим переработки сле­дующий: рабочий валок—140 °С, холостой—115 °С для компози­ции на основе ПВХ-С74 и рабочий валок—150 °С, холостой — 120 °С для композиции на основе ПВХ-С63М. Толщина срезаемой ленты 1,4—1,7 мм. На вторых вальцах температура холостого валка соответствует температуре холостого валка первых вальцов, а температура рабочего соответственно на 5—10 °С ниже. Тол­щина срезаемой ленты 2,0—2,4 мм.

Каландрование линолеумных масс осуществляют на каландре

КП4 710 X 1800Z.

Ниже приведен температурный режим каландрования (темпе­ратура поверхности валков в °С) линолеумных масс на основе двух марок ПВХ:

ПВХ-С74 ПВХ С63М

Первый (верхний) валок 120 125

Второй валок 125 130

Третий валок 130 135

Четвертый (нижний) валок 115 120

Температуру валков контролируют периодически через каждый час при непрерывном процессе.

При проведении процесса целесообразно стремиться к верх­нему пределу диапазона температур переработки, так как в этом случае физико-механические показатели улучшаются. Например, для композиции на основе смолы ПВХ-С58 повышение темпе­ратуры от 140 до 160 °С увеличивает относительное удлинение линолеума почти в 2 раза, а разрушающее напряжение при растя­жении — в 1,6 раза. Оптимальная температура переработки опре­деляется природой полимера, видом и качеством стабилизатора, а также зависит от реологических и теплофизических параметров композиции[15].

Скорость вращения валков каландра и фрикцию подбирают опытным путем за счет изменения числа оборотов электродвига­телей постоянного тока. Производительность каландра 12,5 м/мин. Фрикция в начальном зазоре 1—1,2, в промежуточном 1,4—1,6, в калибрующем 1,8—2,1. Столь большая фрикция в калибрующем зазоре обеспечивает получение линолеума требуемого качества.

Распределение энергетических затрат по валкам составляет 21, 28, 38 и 13% соответственно от верхнего к нижнему валку. При прохождении вальцованной массы через зазоры каландра макромолекулы полимера получают преимущественную ориентацию вдоль направления каландрования. Это явление называют «каландровым эффектом». Вследствие ориентации разрушающее напряжение при растяжении листа или пленки вдоль направления каландрования в 1,3—1,7 раза больше разрушающего напряжения листа в поперечном направлении. От­носительное удлинение образцов, вырезанных вдоль направления каландрования, значительно больше удлинения образцов, выре­занных поперек. Так, для тонких пленок удлинение при разрыве в продольном и поперечном направлении составляет 140—153 и 37— 73% соответственно[15].

Таким образом, каландрованные листы и пленки обладают различными свойствами в продольном и поперечном направлении, т. е. анизотропны, что следует учитывать при их использовании. Неоднородность физико-механических свойств может привести к неравномерному износу изделий. Каландровый эффект сни­жается при увеличении температуры переработки и уменьшении скорости охлаждения, а также при ослаблении натяжения при за­катке готовых листов и пленок в рулоны.

При переработке резиновых смесей, как было показано выше, подготовленные каучуки и ингредиенты перемешивают либо в сме­сителе с последующей доработкой на вальцах, либо непосредственно на вальцах. В первом случае, используемом наиболее широко, в горячую смесь вводят вулканизующие агенты (серу и др.).

Рассмотревтехнологические режимы вальцевания и каландрования, можно сделать выводы:

1) вальцевание проводят на двух, трех или четырех вальцах;

2)каландрование чаще всего осуществляют на четырехвалковых каландрах с Г-, L- или S-образной схемой расположения вал­ков;

3)внешний вид пленки существенно зависит от чистоты обработки поверхности, а также от характера перехода расплава с одного валка на другой;

4) качество пленки зависит от температуры расплава; оптимальная температура переработки опре­деляется природой полимера, видом и качеством стабилизатора, а также зависит от реологических и теплофизических параметров композиции.

4.Особенности вальцевания и каландрования на технологических линиях

Вальцы и каландры устанавливают в технологические линии. Рассмотрим вальцово-каландровые линии для производства листов и пленок из различных по­лимерных материалов.

Пластифицированный ПВХ перерабатывается либо на вальцо- каландровых линиях, либо в качестве питающего устройства используется экструдер.

Все компоненты смешиваются в Z-образных и центробежных смесителях Петцольда. Из смесителей масса поступает в экстру­дер, где пластицируется, затем качающимся транспортером по­дается на четырехвалковый (Г-образный) каландр[16].

На пленку наносится рисунок, обрезается кромка. Затем про­изводят разбраковку, после чего пленка сматывается в рулон.

Рис. 4. Технологическая схема производства пленки из композиции на основе пластифицированного ПВХ

1.- бункер; 2-. смеситель; 3- дозатор; 4.- смесители Петцольда; 5.-экструдер; 6.- транспортер; 7- каландр; 8.- машина для нанесения рисунка; 9.- охлаждающее устройство; 10.- разбраковочный стол; 11.-петлевой компенсатор.

Типовая схема получения безосновного линолеума, широко применяемая в отечественной промышленности строительных материалов включает смеситель легкого типа СМБ -800 с полезным объемом рабочей камеры 800 л, двустадийный смеситель ДСП-140, двое вальцов 660Х2130 мм и Z-образный каландр 4Х710Х1800 мм. После охлаждения линолеум закатывают в рулоны и упаковывают. Производительность линии 12-15 м/мин.

Рис.5 Схема вальцово-каландровой линии для производства безосновного поливинилхлоридного линолеума:

1.- смеситель СМБ-800; 2- транспортер; 3- смеситель ДСП-140; 4.-вальцы 660Х2130; 5-

каландр КП4 710Х1800Г; 6.- охлаждающее устройство; 7- резательное и закатывающее устройство.

Каландровые линии для производства листовых и пленочных материалов обеспечивают высокую производительность и качество продукции, позволяя механизировать трудоемкие операции.

Рис. 6 Технологическая схема изготовления изделий каландрованием:

1- смеситель; 2- вальцы;3- шнековый смеситель; 4- каландр; 5- охлаждающие валки; 6- тянущее устройство; 7- толщиномер; 8- устройство для обрезания кромок; 9- намоточный агрегат.

Технологический процесс получения пленок или листов со­стоит из следующих операций: 1) смешение компонентов и нагре­вание композиции; 2) формование полотна; 3) охлаждение; 4) намотка или разрезание полотна. Схема процесса каландрования показана на рис 6.

Исходные компоненты из дозаторов загружаются в смеситель 1, откуда смесь поступает на вальцы 2, где разогревается и дополни­тельно перемешивается. С вальцов масса в виде ленты напра­вляется непосредственно на каландр 4 или в шнековый смеси­тель 5, а затем на каландр. Пленка полимера проходит охлажда­ющие валки 5, отводится тянущим устройством 6 и наматывается в виде рулонов на намоточном агрегате 9.[17]

Для смешения компонентов применяют различные смесители в зависимости от вводимых компонентов. Предварительно сме­шанная масса поступает на вальцы или в двухшнековый смеситель, где происходит окончательное смешение, нагревание и гомогени­зация.

С вальцов готовая композиция подается на каландры в виде ленты, которая срезается с валка специальным устройством, и лишь в отдельных случаях загружается периоди­чески, в виде скатанных рулонов. Однако этот способ не обеспечи­вает стабильного протекания процесса.

В случае применения двухшнековых или одношнековых смеси­телей на выходе из цилиндра устанавливается формующая го­ловка, из которой композиция в виде ленты, пленки или жгута поступает на входные валки каландра.

Формование полотна осуществляется в результате деформации пластичной композиции в межвалковом зазоре каландра. При вращении попарно расположенных валков масса за счет адге­зионных сил затягивается в сужающийся межвалковый зазор, где приобретает форму бесконечного полотна. Ширина пленки или листа зависит от длины валков каландра, а толщина ее изме­няется в зависимости от межвалкового зазора.

В отличие от вальцевания, при каландровании полимерный материал проходит через каждый зазор между валками только один раз. В зависимости от конструкции каландров полимерный материал последовательно движется через несколько (обычно два или три) межвалковых зазоров. По мере перехода с одной пары валков на другую зазор постепенно уменьшается, и на выходе его устанавливают в соответствии с требуемой толщиной пленки (0,2—0,5 мм). Обычно каландрование проводят при наличии фрикции валков (частота вращения валков различ­ная), однако значение фрикции задается несколько меньшим, чем при вальцевании[17].

Рассмотрев особенности вальцевания и каландрования на технологических линиях, можно сделать следующие выводы:

1) технология вальцевания отличается от технологии каландрования;

2) каландровые линии для производства листовых и пленочных материалов обеспечивают высокую производительность и качество продукции.

5. Конструктивные особенности валкового оборудования

Валковое оборудование около 150 лет назад было применено для переработки резиновых смесей, однако с течением времени валковое оборудование подверглось некоторым конструктивным изменениям.

Вальцы и каландры отличаются простотой конструкции, воз­можностью быстрой смены перерабатываемого материала, обеспе­чивают получение равнотолщинных листов и пленок. В промыш­ленности используют главным образом вальцово-каландровые линии, в которых на вальцах выполняются подготовительные опе­рации, а на каландрах происходит окончательное формование полимерного материала в листы или пленки.

Вальцы и каландры классифицируют по конструктивным и технологическим признакам. К конструктивным признакам вальцов относятся следующие признаки:[18]

1. Диаметр и длина валков; в зависимости от размеров валков вальцы бывают легкие - с диаметром валка 300 мм и длиной валка 800 мм либо с диаметром валка 500 мм и длиной валка 800 мм, средние - с диаметром валка 550 мм и длиной валка 1500 мм и тяжелые - с диаметром валка 660 мм и длиной валка 2100 мм.

2. Расположение валков; оси валков могут быть расположены как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении.

3. Поверхность валков, которая бывает гладкой или рифленой.

4. Различные значения фрикционного числа - 1,08; 1,11; 1,17; 1,27; 1,29; 1,39; 1,41; 2,55; 4,0.

5.Способ регулирования температуры: охлаждать валки водой либо обогревать валки электрическим током или паром.

6. Число машин в агрегате; в зависимости от числа машин вальцы бывают индивидуальные, сдвоенные, групповые.

К конструктивным признакам каландров относятся следующие признаки:

1. Диаметр и длина валков; в зависимости от размеров валков каландры бывают легкие - с диаметром валка 200 мм и длиной валка 600 мм либо с диаметром валка 360 мм и длиной валка 1100 мм или с диаметром валка 500 и длиной валка 1250 мм, средние - с диаметром валка 610 мм и длиной валка 1800 мм либо с диаметром валка 710 мм и длиной валка 1800 мм и тяжелые - с диаметром валка 950 мм и длиной валка 2800 мм.

2. Расположение валков может быть вертикальным, треугольным, Г-, L-, Z- b S-образное.

3. Число валков; в зависимости от числа валков каландры бывают двух-, трех-четырех- и многовалковые.

4. Способ изменения зазора между валками – механизированный. с автоматическим регулированием.

5. Наличие фрикции – с фрикцией между валками и без фрикции.

6. Способ регулирования температуры валков – валки, охлаждаемые водой; валки, обогреваемые электрическим током или паром.

Основными конструктивными параметрами валковых машин являются диаметр, длина валков и скорость вращения.

В зависимости от выполняемой технологической операции различают вальцы нескольких типов[18].

1. Смесительные - для смешения каучуков и полимерных материалов с различными ингредиентами. Вальцы работают с фрикцией 1:1,11.

2. Смесительно-подогревательные для смешения с ингредиентами, повышения пластичности и разогрева смесей перед их дальнейшей обработкой. Вальцы работают с фрикцией 1:1,29, для срезания ленты снабжаются ножом.

3. Смесительно- регенераторные – для обработки регенерата с целью получения однородной массы. Отличаются от смесительных и смесительно-подогревательных вальцов повышенной фрикцией 1:1,41 и наличием специального транспортера для возврата в зазор между валками просыпавшейся крошки.

4. Рафинировочные – для очистки регенерата и резиновых смесей от посторонних включений. Вальцы снабжены ножом для срезания ленты с валка и закаточным устройством для непрерыв­ной безбобинной закатки в рулон. Оба устройства расположены со стороны заднего валка. Фрикция

1 : 2,55. Валки имеют разные диа­метры, гладкую поверхность и бомбировку рабочей части.

5. Дробильные – для дробления и перетирания жестких и хря- щевидных частиц в пластичных смесях, для измельчения старой резины в производстве регенерата. Поверхность валков рифленая, валки имеют разный диаметр. Фрикция 1:2,55.

6. Размалывающие – для размола старых резиновых изде­лий, отходов резины после дробильных вальцов и т. д. Вальцы ра­ботают с очень высокой фрикцией 1 :4.

7. Промывные – для промывки каучука водой, для вальцева­ния каучука с высоким содержанием влаги. Вальцы снабжают оро­сительным устройством, расположенным над валками. Фрикция1:1,39.

8. Пластицирующие – для пластикации полимерных материа­лов и интенсивного их перемешивания и гомогенизации[18].

9. Краскотерочные – для предварительного перетирания па­стообразных смесей, в состав которых входят жидкие компоненты и красящие вещества.

Каландры для переработки резиновых смесей и полимерных композиций в зависимости от выполняемой технологической опера­ции, можно классифицировать следующим образом.

Листовальные – для получения бесконечных листов и пле­нок заданной толщины, линолеума, искусственных кож и т. п.

Универсальные – которые используют для получения ли- • гов для обкладки и промазки тканей резиновой смесью. Эти ка­ландры могут работать без фрикции и с фрикцией.

Кордные – для обкладки с двух сторон кордной ткани слоем резиновой смеси.

Дублировочные – для дублирования ткани и бумаги с пленкой из полимерных материалов.

Тиснильные – для тиснения поверхности термопластичного материала.

Гладильные –для обработки поверхности.

Отжимные – для удаления избыточной жидкой фазы из ли­стов и'пленок, изготовленных из жестких материалов.

Как правило, для операций листования, дублирования и тис­нения применяют двухвалковые каландры; для операций промазки и разглаживания — трехвалковые; для листования и универсальных кинологических операций — трех- и четырехвалковые. Профили­рование (тиснение) осуществляют на двух- и трехвалковых ка­ландрах.

Окружные скорости валков дублировочных, листовальных, гла­дильных и тиснильных каландров, а также у каландров для про­филирования одинаковые, т. е. валки не имеют фрикции[19].

Промазочные каландры работают с фрикцией, фрикционное число колеблется в пределах 1,2—1,35 для каждой пары валков. Окружные скорости в направлении от нижнего валка к среднему увеличиваются, а от среднего к верхнему валку — уменьшаются.

Если на вальцах материал через зазор между валками проходит многократно, на каландрах в большинстве случаев — однократ­но, поэтому почти всегда все валки каландра имеют одинаковый диаметр (в пределах одной машины).

Рассмотрим устройство вальцов ВП-660Х1500 для переработки пластмасс. Такие вальцы используют для пластикации материа­лов на основе ПВХ, производства ленты, заготовок технических изделий, а также для смешения различных пресс-порошков.

На фундаментной чугунной плите установлены две стальные станины с траверсами. На горизонтальных полках станин разме­щены роликоподшипники, на которых расположены шейки валков. Передняя пара валковых подшипников подвижна и может переме­шаться при помощи нажимных винтов механизма регулирования зазора. Вращение нажимных винтов может осуществляться от электродвигателей через червячные редукторы, а также вручную. Задние подшипники неподвижны. Под нажимными винтами уста­новлены предохранительные устройства кассетного типа, срезающие шайбу и останавливающие или отодвигающие передний валок при перегрузке вальцов.

Привод вальцов состоит из коническо-цилиндрического двух­ступенчатого редуктора и пары приводных зубчатых колес. Окруж­ная скорость заднего валка 32,8 об/мин; фрикционное число вальцов 1,0; 1,17; 1,27. Редуктор приводится в движение асинхронным двига­телем мощностью N = 75 кВт и с числом оборотов n = 985 об/мин. Электродвигатель с редуктором соединен упругой муфтой. Для остановки вальцов предусмотрен тормоз колодочного типа.

Валки делают полыми; обогреваются валки поступающей во­внутрь перегретой водой под давлением 15—16 кгс/см². На поверх­ности валков поддерживается температура 160—180 °С.

Корпуса подшипников валков стальные, литые с запрессован­ной стальной втулкой (для образования полости циркуляции охлаждающей воды). В подшипники запрессовывается бронзовая втулка. Зазор между вкладышем и шейкой вала принят 0,8 мм на диаметр. Подшипники работают при высоких температурах, по­этому применяется специальное уплотняющее устройство, состоя­щее из резиновой манжеты определенного профиля и пружины. В качестве уплотнительного материала применяют теплостойкий материал «Севанит-С-11». Для сигнализации перегрева подшип­ника в его корпус встроено термореле типа ТР-200.

Для осуществления процессов смешения, гомогенизации и пла­стикации необходимо многократно пропускать массу через зазор между валками. Материал подают на валки в виде отдельных ку­сков, порошкообразных или рыхлых волокнистых материалов.

Процессы вальцевания могут осуществляться периодически или непрерывно[20].

На вальцы периодического действия материал загружают одной или несколькими порциями. Проходя через зазор валков, масса налипает на один из валков. При повторном прохождении налип­шей массы через зазор при наличии фрикции происходит сдвиг слоя, что способствует дополнительному перемешиванию. Срезание на­липшей массы с валка и подача ее вновь в зазор также ускоряет смешение массы. После многократного прохождения через зазор валков массу срезают ножом в виде лент и сматывают в рулон.

Срезание с валка перемешиваемой массы при вальцевании на­рушает замкнутость линии тока — материал перемещается в на­правлении горизонтальной оси валка. Частое повторение этой опе­рации обеспечивает хорошее качество смешения.

На вальцах непрерывного действия материал на валки посту­пает непрерывно на конец или в середину валков. Смесь проходит между валками в течение установленного технологическим режи­мом времени и непрерывно срезается с другого конца валка при помощи ножа в виде узкой ленты.

В ряде случаев для увеличения коэффициента трения между об­рабатываемым материалом и валками поверхности валков делают рифлеными.

При работе с фрикцией валок, имеющий большую окружную скорость, называют задним валком. В новых конструкциях оба валка имеют оди­наковые диаметры, исключением являются вальцы специального назначения. В отличие от смесительных, пластицирующих, подогре­вательных и других вальцов, у которых материал из зазора посту­пает на передний валок, у дробильных и рафинирующих вальцов материал из зазора поступает на задний вал.

Различные по технологическому назначению вальцы имеют об­щие узлы и в ряде случаев могут отличаться только специальны­ми устройствами. Вальцы для смешения и пластикации пластиче­ских масс несколько отличаются от резинообрабатывающих вальцов.

Процессы смешения и пластикации осуществляются при высо­ких температурах (160—220 °С), что создает дополнительные труд­ности по поддержанию нужного температурного режима валков и подшипников.

Основная работа в вальцах выполняется валками, к ко­торым предъявляются высокие требования.

Рабочая поверхность («бочка») валков должна обладать вы­сокой износоустойчивостью, твердостью не менее 300 кгс/мм2 по Принелю. Кроме того, материал, из которого изготовлен валок, должен иметь высокий коэффициент теплопередачи, обеспечивающий охлаждение вальцуемой смеси.

Валок во время работы подвергается повторяющейся перемен­ной нагрузке, с температурными перепадами, поэтому материал валка должен иметь высокий предел усталости. Материалом, удов­летворяющим этим требованиям, является высококачественный чу­гун, из которого валок изготовляют путем кокильной отливки.

Рабочая часть валка для всех типов вальцов, за исключением рафинирующих, имеет цилиндрическую форму, закаливается сна­ружи на глубину 15—18 мм, у рафинирующих вальцов бочку бомбируют, т.е. придают рабочей части валков выпук­лость в средней ее части. Величина бомбировки определяется разностью диаметров в середине валка и на торце. Бомбировка предохраняет от прогиба валок под действием распорных усилий[20].

Валки изготовляются со сверлеными по периферии каналами. Каналы диаметром 30—40 мм расположены по окружности на расстоянии 30 —40 мм от поверхности валка. Этим достигается ускорение нагрева наружной поверхности валка, лучшее регулирование теп­лового режима.

Рабочую поверхность валка шлифуют.

Немаловажную роль в работе вальцов играют подшипники. До недавнего времени на вальцах применялись под­шипники скольжения с вкладышем из бронзы.

Условия работы подшипников вальцов очень тяжелые, так как происходит большое выделение тепла и температура цапфы может доходить до 90—100 °С. В этих случаях корпус подшипника сколь­жения охлаждается водой. Смазывают подшипники индустриаль­ным маслом[20].

В настоящее время вальцы изготавливают с самоустанавливаю­щимися подшипниками качения (роликовые сферические 3.003.164, ГОСТ 5721—57). Подшипники устанавливают на горизонтальных полках в окнах станин.

Станины вальцов бывают двух типов — закрытые и открытые. Из-за эксплуатационных неудобств отечественная про­мышленность не выпускает станин вальцов закрытого типа. От­крытая станина состоит из основания и траверсы, соединяемых болтами. Направляющими для валковых подшипников служат фрезерованные поверхности. Стойки станины устанавливают на общей фундаментной плите, чаще всего отлитой из серого чугуна. Плита имеет приливы для установки редуктора, привода и

электродвигателя.

Число валков в каландре бывает различным – от двух до пяти, редко шесть. Выпускают специальные каландры для переработки полимер­ных материалов. На таких каландрах освоено скоростное изготов­ление тонких пленок, например, при скорости 200 м/мин получена пленка толщиной ~0,05 мм и менее и шириной 1800 мм. Допуск по толщине пленки составляет 4=0,002 мм. Разнотолщинность пленки зависит от состояния поверхности валков и точности со­блюдения технологического режима. Для получения пленки из пластифицированного ПВХ толщиной 0,08—0,5 мм применяют четырехвалковый, с Г-образным расположением валков, ка­ландр.

Валки каландра изготавливают из чугуна или стали, твердость поверхности бочки HRC 65—60, поверхность валков должна быть отполирована.

Валки с диаметром 710 мм и длиной рабочей части 1800 мм установлены на подшипниках скольжения на двух станинах, рас­положенных на двух фундаментных плитах.

Подшипники выносного, верхнего и нижнего валков могут пе­ремещаться по направляющим станины при помощи специальных механизмов регулирования зазоров. Привод механизма состоит из трехступенчатого червячного редуктора с электродвигателем типа П-42 (N = 1,5 кВт, n = 1500 об/мин)[20].

Механизмы регулирования зазоров устанавливают на каждой стороне валка, величину зазора между валками можно изменять до 40 мм, скорость перемещения валков 0,4—2,0 мм/мин. Ход под­шипников ограничивается конечными выключателями.

На каландре предусмотрены механизмы выбора люфтов в вал­ковых подшипниках, подпятниках и гайках нажимных винтов, обеспечивающие получение заданной толщины каландруемой пленки.

Смазка валковых подшипников циркуляционная. Масло марки МК-22 подается по маслопроводам к каж­дому подшипнику. Маслопроводы имеют регулирующие вентили. В зависимости от режима работы каландра масло необходимо по­догревать (паром) или охлаждать (водой).

Рабочая температура валков каландра поддерживается в пре­делах 180+ (3-S-5) °С теплоносителем, поступающим из автомати­ческой станции. Композицию на основе ПВХ подают специальным питателем в зазор между выносным и верхним основным валками. Затем масса проходит средний и нижний валки и выходит в виде пленки определенной толщины.

Пленка поступает на валок, где обрезаются кромки при по­мощи ножей, смонтированных на вертикальных качающихся штан­ги х, закрепленных в кронштейнах, конструкция которых позволяет регулировать положение ножей как в горизонтальном, так и в вер­тикальном направлении. Обрезанная кромка возвращается об­ратно в зазор между выносным и верхним валками при помощи поворотных роликов[20].

Для получения необходимой ширины пленки и ограничения растекания массы на валках установлены ограничительные стрелы.

Для измерения толщины получаемой пленки в каландре преду­смотрена установка бесконтактных толщиномеров (радиоактив­ный типа БНВ-1 или акустический калибромер).

Через систему автоматики импульсы от датчиков измерения толщины передаются на механизм регулирования зазора между средним и нижним валками. Таким образом, поддерживается за­данная толщина пленки.

Привод каландра осуществляется через блок-редуктор и уни­версальные шпиндели от электродвигателей постоянного тока типа П-102 (N = 75 кВт, n = 1250 об/мин) для каждого валка от­дельно, обеспечивая переменную фрикцию и регулирование окруж­ной скорости от 6 до 60 м/мин (передаточное число редуктора 44,82).

Каландр пускают и останавливают с центрального пульта управления. Для аварийной остановки каландра предусмотрено аварийное устройство, состоящее из тросиков, закрепленных ме­жду станинами спереди и сзади валков и соединенных при помощи рычагов с конечными электровыключателями, сблокированными с пускорегулирующей аппаратурой каландра. При нажиме на тро­сик каландр останавливается за lU оборота валка. Торможение электродвигателей — электродинамическое.

Рабочая поверх­ность валков каландров должна быть тщательно отполирована (12 класс чистоты по ГОСТ 2789—69), не допускаются на поверх­ности раковины и пустоты[20].

Прогиб валка должен быть минимальным или он должен компенсироваться специальной формой бочки валка (бомбиров­кой), для того чтобы разнотолщинность готового листа или пленки не превышала установленных допусков.

Внутренняя полость должна быть расточена так, чтобы тол­щина стенки валка по всей его рабочей длине была одинакова. Разная толщина приведет к различному прогибу валка при его повороте, т. е. к искажению очертания зазора и к неравномерному распределению температуры на поверхности бочки.

Толщина стенки валка должна быть такой, чтобы были обес­печены нужная жесткость валка, а также достаточная его тепло­емкость для стабилизации условий теплообмена с обрабатывае­мым материалом.

Валки каландров изготовляют из высококачественного чугуна кокильной отливки в вертикальную форму; при этом получают двухслойную отбеленную станину с глубиной отбеленного слоя после обработки 8—18 мм и твер­достью рабочей поверхности HRC 56—60.

Для валков профильных и тиснильных каландров валки изготавливаются из стали (коваными или литыми), причем обычно их делают сборными — наружная оболочка съемная для облегчения смены профиля и рисунка. Такая конструкция позволяет уменьшить про­пои каландра при переходе на выпуск резиновых листов с другим видом профиля или рисунка поверхности[21].

Сменная оболочка валка может быть цельной (в виде стакана) или разъемной (в виде скорлупы).

Подшипники валков каландра несут значительные нагрузки от распорных усилий и должны быть компактными, так как они размещаются в окнах станины.

Корпус под­шипника среднего (неподвижного) валка часто делают разъем­ным, корпуса подшипников других валков — цельными.

Обычно применяют двухрядные подшипники качения, а также многорядные радиально-упорные роликоподшипники, способные воспринимать большие радиальные нагрузки.

Для смазки подшипников качения в основном применяют гу­стые смазочные материалы.

Назначение станин каландра - воспринимать все возникающие при работе статические и динамические нагрузки. Форма и раз­меры станин определяются числом и расположением валков. Вес станин каландров, изготавливаемых в большинстве случаев из се­рого чугуна марок Сч 12-28, Сч 15-32, Сч 18-36, достигает в неко­торых случаях 50 тс.

Для предохранения валков ка­ландра от поломки необходимо, что­бы запас прочности валков был больше запаса прочности регули­рующих винтов. Валки же выпол­няют роль предохранительного ус­тройства по отношению к станине, поэтому запас прочности у валков берется меньшим[21].

За послед­ние годы конструкция привода каландра претерпела существенные изменения. Сейчас применяют схемы привода каландра с блок-редукто­рами и шарнирными муфтами. При этом привод может быть с одним электродвигателем или с фланцевыми электродвига­телями, передающими вращение каждому валку каландра через блок-редуктор.

Схема общего привода от одного электродвигателя с фрикцион­ными зубчатыми колесами целесообразна в каландрах для произ­водства толстых листов, а схема с блок-редукторами и шарнир­ными муфтами — для каландров, изготавливающих точный корд н изделия с малой шероховатостью поверхности (тонкие листы и пленки).

Особенностью блок-редукторов, входящих в комплект каланд­ров, является компактность и возможность унификации привода машины.

Зубчатые колеса крупных редукторов изготовляются с шеврон­ными зубьями, что обеспечивает более плавную работу и исклю­чение осевого давления на подшипники.

Для приведения в действие каландров применяются электро­двигатели постоянного и реже переменного тока. В последнем слу­чае используется двухскоростной электродвигатель.

Таким образом, рассмотрев конструктивные особенности валкового оборудования, можно сделать выводы:

1) вальцы и каландры отличаются простотой конструкции;

2) с помощью вальцов осуществляются подготовительные операции, а на каландрах происходит окончательное формование полимерного материала в листы и пленки.

6. Техника безопасности при работе на вальцах и каландрах

Вальцы и каландры относятся к оборудованию с повышенной опасностью для рабочих, с точки зрения получения как механиче­ской травмы, так и ожога.

К работе допускаются только лица, прошедшие обучение по специальной программе и инструктаж по безопасным приемам работы.

Для обеспечения безопасной работы необходимо:

1) проверить состояние оборудования и работать только на ис­правном оборудовании, при исправных коммуникациях пара и пе­регретой воды;

2) посторонние предметы, попавшие в зазор между валками, извлекать только после полной остановки вальцов или каландров и при разведенных валках;

3) содержать в безукоризненном состоянии аварийное устрой­ство вальцов и каландров, обязательно перед началом работы про­верять его действие;

оградить все движущиеся части каландра, приемного и на­моточного устройств;

4) немедленно остановить каландр при несчастном случае или аварии с помощью аварийного выключателя;

5) заправлять полотно в валки каландра только при помощи

пищальных крючков из цветного металла;

6) содержать в чистоте рабочее место;

7) работать только в положенной спецодежде; рукава спецодежды должны быть плотно завязаны, волосы убраны под головной убор[22].

Во избежание несчастных случаев запрещается:

1) проталкивать или заправлять руками композицию, находя­щуюся между валками каландра, валками приемного и резатель­ного устройства;

2) работать при неисправном ограждении, парящих сальниках, без приточной и вытяжной вентиляции;

3) работать при наличии разлитого масла и воды около оборудования;

4) производить ремонт вальцов и каландров, чистить станины, валковые подшипники и ограждения во время работы;

5) держать инструмент и посторонние предметы на станинах и ограждениях;

6) измерять температуру валков на ощупь, рукой;

7) пускать каландр со сдвинутыми валками и при наличии

перекоса;

8) пускать оборудование без предупреждения окружающих;

9) пользоваться открытым огнем и курить на рабочем месте;

10) класть сырье и готовую продукцию вблизи отопительных приборов.

На вальцово-каландровых линиях перерабатывается сырье с со­держанием ряда вредных веществ:

а) поливинилхлорид в порошкообразном виде — раздражающе действует на слизистые оболочки, вызывает катаральные явления и отек верхних дыхательных путей;

б) трикрезилфосфат — вызывает заболевание нервной си­стемы;

в) дибутилфталат — раздражает слизистые оболочки;

г) совол — при попадании на кожу вызывает острые кожные заболевания;

д) свинцовые соединения — вызывают изменение состава кро­ви, поражают нервную систему.

Поэтому все рабочие помещения должны быть оборудованы хорошей приточно-вытяжной вентиляцией.

Производство, связанное с переработкой непластифицированного и пластифицированного поливинилхлорида, по степени пожаро­опасное относится к категории В.

Все работающие должны знать место расположения пожарной сигнализации и телефона. В случае возникновения пожара при­нять меры к тушению своими силами до прибытия пожарной команды.

Рабочее место должно быть хорошо освещено.

На рабочих местах должны быть вывешены следующие обя­зательные инструкции:

1.Инструкция для аппаратчиков по работе, технике безопас­ности и противопожарной профилактике отделения подготовки сырья и смешения.

2.Инструкция для вальцовщиков по работе и технике безопас­ности на вальцах каландрового отделения.

3.Инструкция для каландровожатых по работе, технике безо­пасности и противопожарной профилактике на каландрах.

Выводы: только при строгом соблюдении техники безопасности можно обеспечить безопасную работу на предприятии[22].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Успех превращения нестабильного по своей природе полимера в полезные продукты в большей степени зависит от соответствующего выбора вспомогательных веществ и химических добавок, включающих термостабилизаторы, пластификаторы, наполнители, смазки, пигменты, технологические добавки, эластификаторы.

За счет правильного выбора этих добавок можно получать разнообразные изделия: от жестких конструкций с высокой ударной прочностью до эластичных, резиноподобных материалов, обладающих высокими значениями удлинения при разрыве.

Одной из причин коммерческого успеха ПВХ является то, что смеси на основе этого материала характеризуются отличным соотношением цена / качество для разных областей их применения. Такие эксплуатационные характеристики, как устойчивость к воздействию атмосферных явлений, огнеупорность, электротехнические свойства и химическая устойчивость (в частности к маслам, водным жидкостям, моющим средствам и углеводородам) достигаются при умеренных затратах на производство.

Для переработки пластмасс существует в основном около двух десятков различных способов. Половину из них в той или иной форме используют для переработки ПВХ. Изделия на основе первичного ПВХ производятся различными способами. Каландрование и вальцевание – один из них.

Целью данной курсовой работы было рассмотрение современных пред­ставлений о механизме вальцевания и каландрования полимеров, об особенностях этих процессов, тех­нологической последовательности операций, технологии получения высококачественных листов и пленок на основе ПВХ.

Работа состояла из шести частей.

В первой части работы давалась характеристика перерабатываемых материалов, а именно резиновые смеси, ПВХ и композиций на его основе, были описаны различные рецептуры и виды пленок, получаемых по этим рецептурам.

Во второй части работы рассматривались вальцевание и каландрование как производственный процесс. Было выявлено, что процессы, происходящие в вальцах и каландрах – валковых машинах – при переработке полимерных материалов, в значительной степени аналогичны по характеру взаимодействия валков с материалом, по основным силовым соотношениям, возникающим при прохождении массы через зазор между валками. Было выявлено основное отличие вальцевания от каландрования, которое заключается в технологических особенностях: вальцевание – это комплексное понятие, включающее в себя процессы смешения, пластикации и гомогенизации, перетирания, дробления, а каландрование – это процесс образования бесконечной пленки заданной толщины и ширины из полимерного материала, однократно пропускаемого через зазор между двумя или несколькими валками.

В третьей части работы были даны понятия о технологических режимах вальцевания и каландрования, были рассмотрены разные температуры, при которых происходит эксплуатация основного оборудования.

В четвертой части работы были выявлены особенности вальцевания и каландрования на технологических линиях, описана технология получения

производства пленки из композиции на основе пластифицированного ПВХ.

В пятой части работы были даны описания конструктивных особенностей валкового оборудования, была приведена классификация вальцов и каландров, их функции и назначение.

В шестой части работы были приведены основные правила соблюдения техники безопасности на производстве при выполнении вальцевания и каландрования.

Работа содержит схемы, таблицы, рисунки, список литературы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

[1]. Ильин С.Н. Новые способы производства поливинилхлоридных пленок, М.: Легкая индустрия, 1980. – 176 с.

[2] Гуль В.Е., Дъяконова В.П. Физико-химические основы производства полимерных пленок. М.: Высшая школа, 1978. 110 с.

[3] Монастырская М.С., Шведова Т.П. Технология полимерных пленочных материалов и искусственных кож. М.: Легкая индустрия, 1978. 416с.

[4] Справочник по технологии изделий из пластмасс/ Под ред. Г.В.Сагалаева, В.В. Кулезнева. М.: Химия, 2000. 424 с.

[5] Колерт К., Воскресенский А.М. , В.Н.Красовский Интенсификация процессов каландрования полимеров. Л.: Химия, 1991. 224 с.

[6] Технология пластических масс/ Под ред. В. В. Коршака. М.: Химия,1982, 615 с.

[7] Калинчев Э.Л, Саковцева М.Б. Выбор пластмасс для изготовления и эксплуатации изделий. Л.: Химия, 1991, 416 с.

[8] Кулезнев В.Н. Смеси полимеров. М.: Химия, 2001, 324 с.

[9] Кулезнев В.Н., Ушакова О.Б. Модификация свойств вторичных полимеров// Конструкции из композиционных материалов, 2001, № 1 с.26-31

[10] http//www.xumuk.ru/encyclopedia дата обращения 12 декабря 2017

[11] Крыжановский В. К., Бурлов В.В., Паниматченко А.Д., Крыжановская Ю.В. Технические свойства полимерных материалов. СПб.: Профессия, 2005, 248 с.

[12] Cаммерс Дж., Уилки Ч., Даниэлс Ч. ПВХ. СПб.: Профессия, 2007, 728 с.

[13] Сыкалов Г.В.,Воскресенский А.М. , В.Н.Красовский Распределение температур в процессе каландрования полимеров. СПбГТИ, 2004. 95-99 с.

[14] http//www. korost plus. ru Вальцевание и каландрование, дата обращения 12 декабря 2017

[15] http//www.newsvo.ru Знакомимся с вальцеванием и каландрованием, дата обращения 12 декабря 2017

[16] Клинков А.С., Соколов М.В., Кочетов В.И., Беляев П.С., Однолько В.Г. Автоматизированное проектирование валковых машин для переработки полимерных материалов. М.: "Издательство Машиностроение-1", 2005. 320 с.

[17] http://www.plastichelper.ru Переработка полимерных материалов вальцеванием дата обращения 12 декабря 2017

[18] Бортников В. Г. Основы технологии переработки пластических масс. Л.: Химия, 1983, 304 с.

[19] Кулезнев В.Н., Гусев В. К. Основы технологии переработки пластмасс, М.: Химия, 2004, 600 с.

[20] Лебедев Г.А., Красовский В.Н. Вальцевание и каландрование. Л.: Химия, 1983, 88 с.

[21] http:// www.studopedia.ru Принцип действия вальцов и каландров, дата обращения 12 декабря 2017

[22]http// www. helpics.org Определение основных параметров вальцов и каландров, дата обращения 12 декабря 2017

Код для цитирования: Скопировать